艦載機自動著艦模糊控制器設計.pdf

1、由于著艦任務的困難性，提出了艦載機自動著艦系統(tǒng)（Automatic Carrier Landing System，簡稱 ACLS）。美國海軍所完成的自動進艦著艦的載載機 F/A-18A以PID（Proportional Integrate Derivate）控制器設計的縱向引導控制律。由于控制器的參數(shù)固定不變，在面對變化的艦艉流和航母運動時缺乏靈活性和精確性，在一定程度上影響了艦載飛機的著艦誤差和著艦滿意度，本文設計了艦載機模糊邏輯自動

2、著艦控制系統(tǒng)FACLS（Fuzzy Logic Automatic Carrier Landing System），根據(jù)資深駕駛員在著艦不同階段的控制經(jīng)驗，制定相應的模糊規(guī)則，構造模糊控制器來代替一般的ACLS。其具體設計內容如下：
　　首先，在定義了坐標系的基礎上建立艦載機縱向的數(shù)學模型和艦載機的發(fā)動機模型，以及分析航母的幾何環(huán)境，建立航母擾動運動模型，通過合成得出艦載機著艦點理想高度偏差，以及建立艦艉流的模型。為了與本文設計的

3、艦載機自動著艦模糊控制器對比，同時建立了艦載機H-dot指令自動著艦系統(tǒng)，從內而外順次針對內環(huán)增穩(wěn)系統(tǒng)、自動飛行控制系統(tǒng)、進場動力補償系統(tǒng)、引導控制率以及甲板運動補償系統(tǒng)等進行研究和設計，在MATLAB/SIMULINK中搭建艦載機自動著艦系統(tǒng)，并仿真驗證所設計的ACLS的基本結構是正確的。
　　其次，介紹模糊控制理論。它包括了模糊控制隸屬函數(shù)的分類以及確定方法、模糊推理、解模糊化方法、模糊控制系統(tǒng)以及模糊控制器的組成和設計過程。

4、在這些模糊控制理論的基礎上，設計F/A-18A艦載機自動著艦模糊控制器。以艦載機F/A-18A為模型，確立艦載機模糊邏輯自動著艦系統(tǒng)的框架，建立框架中各個模糊塊的輸入和輸出變量以及利用模糊統(tǒng)計實驗的方法確定其輸入、輸出變量的隸屬度函數(shù)，接著設計框架中駕駛儀規(guī)則庫、油門規(guī)則庫、下滑規(guī)則庫、接近規(guī)則庫這四個模糊塊的模糊規(guī)則，最終連接這四個規(guī)則庫構成艦載機模糊邏輯自動著艦系統(tǒng)（簡稱FACLS）。FACLS設計的目的是使艦載機在著艦過程中保持適

5、當?shù)母叨?、下沉速率、姿態(tài)角和速度。FACLS共有6個輸入，2個輸出，幾百個模糊規(guī)則，所有的模糊規(guī)則分布于4個規(guī)則庫中。該模糊邏輯控制系統(tǒng)不同于模糊邏輯在其他方面的許多應用，因為它不僅模仿了駕駛員的控制行為，而且最大地綜合了手動和自動控制方法的優(yōu)點。這一點在一般的控制系統(tǒng)中是不容易實現(xiàn)的。
　　最后，介紹MATLAB模糊邏輯工具箱，并利用MATLAB模糊邏輯工具箱建立艦載機自動著艦模糊控制器組成艦載機模糊邏輯自動著艦系統(tǒng)。并將已建立

6、一般的F/A-18A自動著艦系統(tǒng)在相似的著艦條件下，與艦載機模糊邏輯自動著艦系統(tǒng)加以比較。仿真結果表明，F(xiàn)ACLS比一般的F/A-18A的ACLS的優(yōu)秀著艦和可接受著艦都有所增加。尤其在糟糕的環(huán)境下，F(xiàn)ACLS比一般的F/A-18A的ACLS增加更多，從而說明FACLS明顯地減少了硬著艦、艦尾撞擊和復飛的次數(shù)。尤其在糟糕的環(huán)境下，這種減少更明顯；比較兩個系統(tǒng)在不同下沉率階躍輸入下，下沉率的階躍響應，和氣流擾動情況下的性能比較，來說明FA

7、CLS能夠明顯改善超調和調節(jié)時間，而這一改善可以很好的抑制氣流擾動，從而減少了下滑軌跡誤差；通過在進入艦艉流區(qū)時高度偏高，下沉率偏慢的情況下，F(xiàn)ACLS糾正偏差是允許艦艉流的影響來降低高度偏差，從而克服了艦艉流的下沉影響，使艦載機保持適當?shù)南禄壽E和下沉率。使FACLS具有駕駛員的直觀推斷。同時在糟糕著艦中，F(xiàn)ACLS的逃逸次數(shù)稍有增加，從而說明與駕駛員一樣，F(xiàn)ACLA更關注的是艦載機高度誤差低于基準下滑道的情況，而不是艦載機高度誤差高